第6章有压管路
水利讲义第六章孔口、管嘴出流以及有压管路
H
H
z2
p2
2V22
2g
hw12
1
2V22
2g
hw12
V2 2
令：
H
0V02
2g
H0
H0
2V22
2g
hw12
§6-4 短管的水力计算
hw12
hf
hm
L V22
d 2g
V22
2g
孔断面上各点的有效水头是一致的，且都等于上下游水位差， 所以在这种情况下，可不分大孔和小孔。
§6-1 液体经薄壁孔口的恒定出流
1-1、2-2 列伯诺里方程：
H1
p1
1V12
2g
1 H1
H2
p2
2V22
2g
hw
V1
而 hw
0
Vc 2 2g
se
Vc 2 2g
1
H0 2
①自由出流
水进入到管嘴后，同样形成收缩，
在收缩断面 c-c 处形成旋涡区，
对 o-o 和 b-b 列伯诺里方程：
H
pa
0V02
2g
pa
0 V 2
2g
hw
§6-2 液体经管嘴的恒定出流
式中 hw 为管嘴水头损失，
等于进口损失与收缩断面后的扩大损失之和（沿程损失忽略）。
即：hw
上式写为：
H
0V02
2g
cVc 2
2g
0
Vc 2 2g
( c
水力学-第6章 有压管流
n
故
H sQ 2
【例3】【例2】中，为充分利用水头和节省管材，采用 450mm和400mm两种直径管段串联，求每段管长度。 【解】设 D1= 450mm的管段长 l1， D2= 400mm的管段长 l2 由表6-1查得 D1= 450mm，a1= 0.123 s2/m6 D2= 400mm，a2= 0.230 s2/m6 于是 解得
H hf
引入达西公式
l v2 8 hf 2 5 lQ 2 alQ 2 sQ 2 D 2 g gπ D
式中 s = al 称为管道的阻抗，a 则称为比阻。于是
H alQ 2 SQ 2
为简单管道按比阻计算的基本公式。 可按曼宁公式计算比阻。 在阻力平方区，根据曼宁公式可求得
水头损失： hf0-4= 2.03 + 2.01 + 1.37 + 1.15 = 6.56 m hf0-7= 3.63 + 0.98 + 0.87 + 1.15 = 6.63 m 点7为控制点，水塔高度应为 H = 6.63 + 12 = 18.63 m。
6.3.2 环状管网
环状管网指多条管段互连成闭合形状的管道系统。 C F 水源 E H A B D G 1.环状管网水力计算的基本问题 计算各管段流量、直径与水头损失。 2.环状管网的未知量 环状管网上管段数目 np 、环数 nl 以及节点数目 nj 之间存 在着如下关系： np = nl+ nj-1 。 每个管段均有流量 Q 和管径 D 两个未知数，因此整个管网 共有未知数 2 np = 2 ( nl+ nj-1) 个。
式中水头损失可表示为
2 l v hl hf hm ζ d 2g
第五章孔口、管嘴及有压管路
c 1
2
v
1
2 gH 0 n 2 gH 0
Q vA n A 2 gH 0 n A 2 gH 0
其中ζ 为管嘴的局部阻力系数，取0.5；则
流速系数 流量系数
n
1 1 0.82＜孔口 0.97 ~ 0.98 1 0.5
n n 0.82 ＞孔口 0.60 ~ 0.62
图1：Q1
Q2；图2：Q1
Q2。（填>、< 或＝）
第五章 有压管流
问题：水位恒定的上、下游水箱，如图，箱内水深为
H 和h。三个直径相等的薄壁孔口1,2,3位于隔板上的
不同位置，均为完全收缩。 问：三孔口的流量是否相等？为什么？ 若下游水箱无水，情况又如何？
答案
1=2，3不等；三孔不等
第五章 有压管流
v孔口 孔口 2 gH孔口 孔口 0.97 1 vn n 0.82 n 2 gHn
2.流量比较
Q孔口 孔口 A孔口 2 gH孔口 孔口 0.62 1 Qn n 0.82 n An 2 gHn
第五章 有压管流
【例】为使水流均匀地进入混凝沉淀池，通常在进口处 建一道穿孔墙如图，通过穿孔墙流量为125L/s，设若干 个15cmⅹ15cm的孔口，按规范要求通过孔口断面平均流速 在0.08~1.0m/s，试计算需若干孔口？
容器放空（即H2＝0）时间 t0
2 A0 H1
2 A0 H1 2V A g A 2 gH1 Qmax
结论：在变水头情况下，等横截面的柱形容器放空（或充满）所需的时间
等于在起始水头H1下按恒定情况流出液体所需时间的两倍。
第五章 有压管流
第二节、管嘴岀流
电工电子学第二版第六章
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
例:
D2 D1
求：UAB
两个二极管的阴极接在一起 A 取 B 点作参考点，断开二极管， + 分析二极管阳极和阴极的电位。 U
AB
6V
3k 12V
–
B
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一 定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载 流子便维持一定的数目。
注意： (1) 常温下本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈 好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。 （3）相同条件下，本征半导体较一般半导体导电性弱很多。
Si
Si
Si 空穴
Si
价电子
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填 补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动 （相当于正电荷的移动）称为复合运动。
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
DB导通
DA导通 均导通
当输入均为同3V时，输出才为3V 当输入有一为0V时，输出为0V 实现了“与”门逻辑
总结：
2、多个二极管连接： 若 共阴极，阳级最高一个先导通
若 共阳级，阴级最低一个先导通
先导通的一个二极管起嵌位作用。
例3限幅作用：R + ui – D + uo –
8V
已知：ui 18sin t V 二极管是理想的，试画 出 uo 波形。
流体力学第6章短管长管
h h l f
h m
特点:
2 g
0
水力计算大为简化，将有压管道分为短管和长管的目 的就在于此
4
二、简单管道
沿程直径不变，流量也不变的管道称为简单管道。 简单管道是一切复杂管道水力计算的基础。
1、计算方法：
列伯诺里方程
H( Hp)
H 0 0 0 0 h h f m 2 g
8sa2不需修正联立求解上两式得l116935ml28065m19五沿程均匀泄流管道通过流量转输流量qz前述管道流动在每根管段间通过的流量是不变的途泄流量沿线流量qt在工程中如水处理设备中的穿孔管和灌溉用人工降雨管道等管道中除通过流量外还有沿管长由壁面开的孔口泄出的流量qtql沿程均匀泄流管道最简单的情况是单位长度上泄出的流量q相等20计算公式距开始泄流断面x处取长度dx管段认为通过该管段的流量qx不变
H 9 0 .0036 法二：按J 计算更简便 J l 2500
由表6-7查得d=400mm，J =0.00364时，Q=0.126m3/s, 内插J = 0.0036时, Q值
0 . 0 4 3 Q 1 2 6 2 1 2 5 l / s = 0 . 1 2 5 m / s 0 . 1 1
取吸水池水面1-1和水泵进口断面2-2列伯诺里方程 2 p p 2 0 a 0 H h s l g g 2 g 2 p p l a 2 H ( ) s g d 2 g 2 l h ( ) v 水泵安 d 2 g
第三节
1、定义
短管水力计算
一、有压管流Penstock
流体沿管道满管流动的水力现象，是输送液体和气 体的主要方式。
工程流体力学课件 第06章 孔口、管嘴出流及有压管流讲解
流量 系数
H 23
h O
23
c
1
1 l
d
淹没与自 由出流相 比，作用水 头不同，管 系流量系数 相同，局部 损失中不包 含 2-2 断 面 出 口损失。
简单管道水力计算特例——虹吸管及水泵
安装高度
提水高度
压水管
1
Zs
Z
安装高度
吸水管
Z 1
2 Zs
虹吸管是一种压力管，顶部2 弯 曲且其高程高于上游供水水面。其 顶部的真空值一般不大于7~8m水柱 高。虹吸管安装高度Zs越大，顶部真 空值越大。
圆柱形外管嘴的正常工作条件
H0
7m 0.75
9m
管嘴长度为(3-4)d
P121
§6—3 有压管道恒定流动的水力计算
z1
p1
g
1v12
2g
z2
p2
g
2v22
2g
hw12
实际流体恒 定总流能量
方程
hw12
hf 12 hj
沿程损失 局部损失
已能定量分析，原则上 解决了恒定总流能量方程 中的粘性损失项。
P119
一、管嘴出流的计算
计算特点: hf 0 出流特点:
1
H
0
d
在C-C断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满
整个断面。
1
l (3 ~ 4)d
c2 0
c2
从 1→2 建立伯努利方程，有
H
0
0
0
0
v 2
2g
n
v2 2g
v
孔口,管嘴出流和有压管路
流量计算公式的形式以及流量系数的数值均相同
不同点
两者的作用水头在计量时有所不同，自由出流时是指上游水 池液面至下游出口中心的高度，而淹没出流时则指得是上下 游水位差。
出口位置处的总水头线和测压管水头线的画法不同
短管水力计算的内容
四类问题 已知水头H、管径d，计算通过流量Q；
校核输水 能力
已知流量Q、管径d，计算作用水头H，以确定水箱、水塔水位 标高或水泵扬程H值；
经济流速——在选用时应使得给水的总成本（包括铺设水管的 建筑费、泵站建筑费、水塔建筑费及抽水经常运转费之总和） 最小的流速。
一般的中、小直径的管路大致为：
——当直径 d=100-400mm，经济流速 v =0.6~1.0m/s ——当直径 d400mm，经济流速 v =1.0~1.4m/s
3
2g
(H下3 2
H
32 上
)
b为宽 d为高
如果用孔口中心高度H作为孔口作用水头，将孔口断面 各点的压强水头视为相等，按小孔口计算的流量为
Q bd 2gH
大孔口的流量系数
孔口形状和水流收缩情况
全部不完善收缩 底部无收缩，侧向收缩较大 底部无收缩，侧向收缩较小 底部无收缩，侧向收缩极小
流量系数
圆柱形短管内形成收缩,然后又逐渐扩大
H 0 0v02 0 0 v 2 v 2 ,
2g
2g 2g
H0
1
vB2
2g
流速
vB
1
1
2gH0 2gH0
对锐缘进口的管嘴，ζ=0.5， 1 0.82
1 0.5
流量
Q vB A A 2gH0 n A 2gH0
西北工大875流体力学讲义6-第六章 孔口、管嘴和有压管道流动
西北工大875流体力学讲义 第六章 孔口、管嘴和有压管道流动前面我们学习了流体运动的基本规律和理论，从本章开始，将重点介绍实际工程中常见的各种典型流动现象，并运用前面的基础理论知识分析这些流动的计算原理和方法。
孔口、管嘴和有压管道流动是实际工程中常见的流动典型问题，例如给水排水工程中的取水、泄水闸孔，通风工程中管道漏风，某些液体流量设备等就是孔口出流问题；水流经过路基下的有压短涵管、水坝中泄水管、农业灌溉用喷头、冲击式水轮机、消防水枪等都有管嘴出流的计算问题；有压管道流动非常广泛，如环境保护、给水排水、农业灌溉、建筑环境与设备、市政建设等工程。
本章将运用前几章中的流体力学基础知识，主要是总流的连续性方程、能量方程及能量损失规律，来研究孔口、管嘴与有压管道的过流能力（流量）、流速与水头损失的计算及其工程应用；在分析有压管道流动时，将主要讨论不可压的流动问题。
孔口、管嘴和有压管道流动现象可近似看作是从短管（孔口、管嘴）到长管（有压管道）的流动，将它们归纳在一类讨论，可以更好地理解和掌握这一类流动现象的基本原理和相互之间的区别。
第一节 孔口及管嘴恒定出流流体经过孔口及管嘴出流是实际工程中广泛应用的问题。
本节将要介绍孔口和管嘴出流的计算原理。
一、孔口出流的计算在盛有流体的容器上开孔后，流体会通过孔口流出容器，称这类流动为孔口出流。
流体经孔口流入大气的出流，称为自由出流，如图6-1所示；若孔口流出的水股被另一部分流体所淹没，称为淹没出流，如图6-2所示。
若孔口内为锐缘状，容器壁的厚度较小，或出流流体与孔口边壁成线状接触（2/≤d l ），而不影响孔口出流，称这种孔口为薄壁孔口。
本节将主要讨论薄壁孔口出流。
根据孔口尺寸的大小，可以将孔口分成小孔口与大孔口。
圆形薄壁孔口的实验研究表明，如图6-1所示，当0.1/d H ≤，称为小孔口；当10./>H d ，称为大孔口。
1．薄壁小孔口恒定出流 （1）自由出流以图6-1为例，当流体流经薄壁孔口时，由于流体的惯性作用，流动通过孔口后会继续收缩，直至最小收缩断面c c -。
06.第六章 孔口、管嘴出流和有压管流
第六章孔口、管嘴出流和有压管流从本章开始，将在前面各章的理论基础上，具体研究各类典型流动。
孔口、管嘴出流和有压管流就是水力学基本理论的应用。
容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流(Orifice Flow)；在孔口上连接长为3～4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象称为管嘴出流(Spout Flow)；水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流(Flow in Pressure Conduits)。
给排水工程中各类取水、泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口；水流经过路基下的有压涵管、水坝中泄水管等水力现象与管嘴出流类似，此外，还有消防水枪和水力机械化施工用水枪都是管嘴的应用；有压管道则是一切生产、生活输水系统的重要组成部分。
孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律的具体应用。
§6-1 液体经薄壁孔口的恒定出流在容器壁上开一孔口，若孔壁的厚度对水流现象没有影响，孔壁与水流仅在一条周线上接触，这种孔口称为薄壁孔口，如图6-1-1所示。
图6-1-1一般说，孔口上下缘在水面下深度不同，经过孔口上部和下部的出流情况也不相同。
但是，当孔口直径d(或开度e)与孔口形心以上的水头高H相比较很小时，就认为孔口断面上各点水头相等，而忽略其差异。
因此，根据d/H的比值大小将孔口分为大孔口与小孔口两类：若d≤H/10，这种孔口称为小孔口，可认为孔口断面上各点的水头都相等。
若d≥H/10，称为大孔口。
当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头H 不变，这种情况称为恒定出流。
本节将着重讨论薄壁小孔口恒定出流。
1．小孔口的自由出流从孔口流出的水流进入大气，称自由出流(Free Efflux)，如图6-1-1所示，箱中水流的流线从各个方向趋近孔口，由于水流运动的惯性，流线不能成折角地改变方向，只能光滑、连续地弯曲，因此在孔口断面上各流线并不平行，使水流在出孔后继续收缩，直至距孔口约为d /2处收缩完毕，形成断面最小的收缩断面，流线在此趋于平行，然后扩散，如图6-1-1所示的c -c 断面称为孔口出流的收缩断面。
第6章 动力管道(压力管道GD-1复习题)
第6章动力管道6.1 动力管道基础知识6.1.1火力发电机组四大管道包括哪些？答：主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道、高压给水管道。
索引：《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）2.0.26.2 动力管道设计6.2.1《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为 MPa，℃及以下机组的汽水管道设计。
a. 22；375b. 27；550c. 31；593d. 6.3；400答案：b 索引：《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）1.0.26.2.2按照《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）的规定，主蒸汽管道的设计压力和设计温度参数如何选取？答：主蒸汽管道的设计压力取用锅炉过热器出口的额定工作压力或锅炉最大连续蒸发量下的工作压力。
当锅炉和汽轮机允许超压5%（简称5%OP）运行时，应加上5%的超压值。
主蒸汽管道的设计温度取用锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差。
温度偏差值，可取用5℃。
索引：《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）2.0.26.2.3什么是管道的柔性系数和应力增大系数？答：管道的柔性系数表示管道元件在承受力矩时，相对于直管而言其柔性增加的程度。
即：在管道元件中有给定的力矩产生的每单位长度元件的角变形与相同直径及厚度的直管受同样力矩产生的角变形的比值。
应力增大系数指在疲劳破坏循环次数相同的情况下，作用于直管的弯曲应力与作用于管件的名义弯曲应力之比。
6.2.4火力发电厂汽水管道设计压力（表压）系指管道运行中内部介质。
a. 最大工作压力b. 平均工作压力c. 持续运行压力d. 额定工作压力答案：a 索引：《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）2.0.26.2.5 按照《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T 5054—1996）的规定，当锅炉和汽轮机允许超压5%（简称5%OP）运行时，主蒸汽管道的设计压力应加上的超压值。
压力管道管理规定(4篇)
压力管道管理规定压力管道是指在内部超过0.1兆帕（MPa）的压力下工作的管道。
由于这些管道运行在高压下，一旦发生泄漏、爆炸或其他事故，会造成严重的人员伤亡和财产损失。
因此，为了保障人民生命财产安全，各国都制定了一系列的压力管道管理规定。
下面是一份压力管道管理规定的样本范文，供参考：第一章总则第一条根据《中华人民共和国安全生产法》和《压力容器安全技术监察条例》，制定本规定。
第二条本规定适用于所有超过0.1兆帕的压力管道。
第三条压力管道的管理原则是“安全第一、预防为主、综合治理”。
第四条压力管道管理工作由相关部门负责，包括设计、施工、使用、维修等环节。
第五条压力管道管理应遵循科学技术进步、规范管理、安全监督的原则。
第六条压力管道管理应建立健全法律法规和标准体系，完善安全管理制度。
第二章压力管道设计第七条压力管道的设计应符合国家标准和规范要求。
第八条压力管道设计应明确管道的工作参数、材料选用、安全阀的设置等关键问题。
第九条压力管道设计应科学合理，结构牢固，确保可靠安全运行。
第十条压力管道设计文件应保存至少10年，并随时向有关监管部门提供。
第三章压力管道施工第十一条压力管道施工应按照设计要求和相关标准进行。
第十二条压力管道施工人员应经过专门培训，并持有合格证书。
第十三条压力管道施工材料应符合标准要求，并进行必要的检测验收。
第十四条压力管道施工过程应进行严格的自我检查和监督检查，确保施工质量。
第十五条压力管道施工完成后，应进行压力试验，确保无泄漏。
第十六条压力管道施工完成后，应向有关部门申请验收，并颁发验收证书。
第四章压力管道使用第十七条压力管道的使用单位应建立健全安全责任制，明确工作职责。
第十八条压力管道的使用单位应定期进行安全检查，发现问题及时整改。
第十九条压力管道的使用单位应保证操作人员持证上岗，并进行必要的培训。
第二十条压力管道使用单位应建立事故报告和应急预案制度。
第二十一条压力管道使用单位应及时向相关监管部门报告管道设备的维修和更换情况。
第六章 液压基本回路
图6-10 增压回路
图6-10所示，原理：在图示位置，油泵输出的低压油进入增压 器大缸的左腔，推动活塞右移，使增压器小缸右腔输出高压油，进 入工作液压缸。换向后，换向阀的阀心移到右端，油泵输出的压力 油进入增压器大缸的活塞杆腔，使活塞右移推回，工作液压缸的活 塞在弹簧的作用下返回。油箱中的油液可通过单向阀进入增压器小 缸右腔，以补充这部分管路的泄露。
图6-9 减压回路
第六章 液压基本回路
三、增压回路
增压回路是使系统中某一部分具有较 高的稳定压力。它能使系统中的局部压力 原高于液压泵的输出压力。 在某些机械的液压系统中，有时需要 使局部油路或某个液压缸获得比油泵供给 压力高得多，但流量不大的压力油时，就 可采用增压回路。增压器利用有杆腔的油 压高,即:
图6-6 旁路节流调速回路
图6-7 双压力回路
第六章 液压基本回路
4. 远程调压回路
它是用远程调压阀或小流量溢流阀 接在先导式溢流阀的遥控口上进行远程 控制回路。能供给系统三种压力。给系 统的压力由先导式溢流阀调定压力决定； 当电磁换向阀2通电时溢流阀1的遥控口 和远程调压阀4相通，这时油泵的供油压 力由远程调压阀4的调定压力决定；2和3 通电，由5决定。利用电磁换向阀是否与 先导式溢流阀遥控口相同，进行远程遥 控。注意，远程调压阀的调定压力应小 于先导式溢流阀所调定压力。 要求负载和泵后压力基本一致，减少系 统的功率消耗。
图6-15 平衡回路
第六章 液压基本回路
七、释压回路
为使高压大容量液压缸中存储的能 量缓慢释放，以免在突然释放时产生很大 的液压冲击，可采用释压回路。一般在液 压缸的直径较大、压力较高时，其高压油 缸在排油前就需释压，如压力机液压系统。 左图为使用节流阀的释压回路。由图 可见，液压缸上腔的高压油在换向阀处于 中立时通过节流阀、单向阀和换向阀释压， 释压快慢由节流阀调节。当上腔的压力降 至压力继电器的调定压力时，换向阀切换 至左位，液控单向阀打开，使液压缸上腔 的液体通过该阀排到液压缸顶部的副油箱。
辽宁石油化工大学化工自动化及仪表第6章 压力检测及仪表讲解
等。图6-8为电位器式电远传弹性压力计结构原理。在弹性元件
的自由端处安装滑线电位器，滑线电位器的滑动触点与自由端
连接并随之移动，自由端的位移就转换为电位器的电信号输出
。
(四）压力传感器 能够检测压力值并提供远传信号的装置统称为压力传感器。 1．应变式压力传感器
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金 属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变 片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥 式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪 表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。
递到中心感压膜片，中心感压膜片产生位移，使可动
电极和左右两个固定电极之间的间距不再相等，形成
差动电容。
差动电容的相对变化值与差压Δp呈线性对应关系，并与
腔内硅油的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的 变化给测量带来的误差。 4．振频式压力传感器 振频式压力传感器利用感压元件本身的谐振频率与压力 的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力。 5．压电式压力传感器 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压 力转换成电信号的。它是动态压力检测中常用的传感器 ，不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。
上，这时的力平衡关系为： pA W W0
p
1 (W A
W0
)
(6-6) (6-7)
(三）弹性式压力计
定义 弹性式压力检测是用弹性元件作为压力敏感元件把 压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。
优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、 价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。
4．弹性测压计信号的远传方式
5第六章有压管流
的水头不断变化，此时的出流称为非恒定出流。
二、管嘴出流：在孔口周边连接一长为3~4倍孔径的短管，水经过 短管并在出口断面满管流出的水力现象，称为管嘴出流。 圆柱形外管嘴：先收缩后扩大到整满管。 流线形外管嘴：无收缩扩大，阻力系数最小。水坝泄流 圆锥形扩张管嘴：较大过流能力，较低出口流速。引射器，水轮机 尾水管，人工降雨设备。 圆锥形收缩管嘴：较大出口流速。水力挖土机喷嘴，消防用喷嘴。
C l / t
A v0 v ( )c A
对截面1-1和c-c列总流伯努利方程
1
c
2
c 2
2 2 p0 vc2 pc vc pc vc H (1 ) g 2 g g 2 g g 2g c-c处为真空状态 2 qv 2 Cq A p0 pa 2 vc ( ) 2( gH ) pc pa 0.79( gH pe ) A Ac c Ac Cq 0.82 0.06 管嘴出流量大于孔口出流量 0.63 A
l v
6.3
长管的水力计算
K AC R
6.3.1 简单管路(续)
对于紊流阻力平方区可采用流量模数 来计算.
即得：
QK J
Q
2
H hf l alQ 2 K
2
6.3
6.3.2 串联管道
长管的水力计算
由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一 起的管道。 串联管道特征 1.各管段的流量相等
H
Q3
K
l3 a3l3Q3
2
3
6.3
6.3.4
长管的水力计算
沿程均匀泄流管道的水力计算
前面讨论的管道其流量在每一管段范围内均沿程不 变，流量在管段末，这种流量称为通过流量。但在实际 工程上可能遇到从侧面不断连续泄流的管道。此管道沿 程连续不断分泄出的流量称为沿程泄出流量，单位是米
水力学教程第6章
第六章明渠恒定均匀流人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。
明渠流(OpenChannel Flow) 是一种具有自由表面的流动，自由表面上各点受当地大气压的作用，其相对压强为零，所以又称为无压流动。
与有压管流不同，重力是明渠流的主要动力，而压力是有压管流的主要动力。
明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。
明渠恒定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。
明渠流动与有压管流的一个很大区别是：明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难形成明渠均匀流。
但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。
此外，明渠均匀流理论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。
§6-1 概述1．明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在水力学中把明渠分为以下类型。
(1) 棱柱形渠道和非棱柱形渠道凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否则为非棱柱形渠道。
前者的过水断面面积A仅随水深h变化，即A=f(h);后者的过水断面面积不仅随水深变化，而且还随着各断面的沿程位置而变化，即A=f(h, s) , s为过水断面距其起始断面的距离。
(2) 顺坡(正坡) 、平坡和逆坡(负坡)渠道明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差，称为明渠的底坡(Bottom slope)，用i表示，如图6-1a，1-1和2-2两断面间，渠底线长度为A s,该两断面间渠底高程差为(a i-a2)= △ a,渠底线与水平线的夹角为B ,则底坡i 为。
(6-1-1)在水力学中，规定渠底高程顺水流下降的底坡为正，因此，以导数形式表示 时应为i=si n所以，在上述情况下，两断面间的距离△ s 可用水平距离△ l 代替，并且，过 水断面可以看作铅垂平面，水深 h 也可沿铅垂线方向量取。
第6章 液压基本回路
1、液压缸差动连接快速 运动回路油快速运动回路
1、换向阀处于中位时， 泵1通过单向阀3，供油至 蓄能器。储存 2、压力升至顺序阀2控制 压力，油泵卸荷。单向阀 3控制油液不回流。 3、换向阀5换向时，油泵 1与蓄能器4同时为液压缸 6供油。
4.增速缸的快速运动回路
现以YT4543型液压动力滑台为例，分析其工作原理和特点。 该滑台最大进给力为45KN，快速速度约为6.5ｍ/min，进 给速度范围为6.6～600mm/min，完成的典型工作循环为：快 进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止。
YT4543型动力滑台液压系统的工作原理
电磁铁和行程阀的动作顺序表
元件 1YA 工况 快进
2YA
3YA
行程阀
一工进 二工进 死挡铁 停留 快退 原位停 止
三、增压回路
增压回路可以提高系统中某一支路的工作压力（需要压力较高、流量不 大的场合），以满足局部工作机构的需要。 采用了增压回路，系统的整体工作压力仍能较低，这样可以降低能源消 耗。增压回路中提高压力的主要元件是增压缸或增压器。
1、利用增压缸的单作用增压回路 2、采用双作用增压缸的增压回路
四、卸荷回路
第二节 速度控制回路
速度控制回路的功用是使执行元件获得能满足工作需求的 运动速度。它包括调速回路、快速回路、速度换接回路等。
qV A
n
qV VM
一、调速回路
液压系统的调速方法可分为节流调速、容积调速和容积节流 调速三种形式。 1）节流调速回路：由定量泵供油，用流量阀调节进入或流 出执行机构的流量来实现调速； 2）容积调速回路：通过调节变量泵或变量马达的排量来调 速； 3）容积节流调速回路：利用改变变量泵排量和调节调速阀 的流量配合工作来调节速度的回路。
水力学教程 第6章
第六章明渠恒定均匀流人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。
明渠流(Open Channel Flow)是一种具有自由表面的流动，自由表面上各点受当地大气压的作用，其相对压强为零，所以又称为无压流动。
与有压管流不同，重力是明渠流的主要动力，而压力是有压管流的主要动力。
明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。
明渠恒定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。
明渠流动与有压管流的一个很大区别是：明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难形成明渠均匀流。
但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。
此外，明渠均匀流理论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。
§6-1 概述1．明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在水力学中把明渠分为以下类型。
(1)棱柱形渠道和非棱柱形渠道凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否则为非棱柱形渠道。
前者的过水断面面积A仅随水深h变化，即A=f(h)；后者的过水断面面积不仅随水深变化，而且还随着各断面的沿程位置而变化，即A=f(h,s)，s为过水断面距其起始断面的距离。
(2)顺坡(正坡)、平坡和逆坡(负坡)渠道明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差，称为明渠的底坡(Bottom slope)，用i表示，如图6-1a，1-1和2-2两断面间，渠底线长度为Δs，该两断面间渠底高程差为(a1-a2)=Δa，渠底线与水平线的夹角为θ，则底坡i为。
图6-1θsin 21=∆∆=∆-=sas a a i (6-1-1) 在水力学中，规定渠底高程顺水流下降的底坡为正，因此，以导数形式表示时应为dsdai -= (6-1-2) 当渠底坡较小时，例如i ＜0.1或θ＜6°时，因两断面间渠底线长度Δs ，与两断面间的水平距离Δl ，近似相等，Δs ≈Δl ，则由图6-1a 可知θtan =∆∆≈∆∆=la s a ii=sin θ≈tg θ (6-1-3) 所以，在上述情况下，两断面间的距离Δs 可用水平距离Δl 代替，并且，过水断面可以看作铅垂平面，水深h 也可沿铅垂线方向量取。
第6章 压力测点位置及仪表的选择
第六章压力测点位置及仪表的选择本章内容适用于压力测量仪表的选择、安装以及压力测点位置的选择。
1.压力测点位置的选择为了提高压力测量的准确度和可靠性,对测点位置的选择要考虑以下的因素：1.1 便于保护仪表和人身安全。
1.2 测点前后要有的足够长的直管段,不能处于管道弯曲、分叉和能形成涡流的地方。
1.3 测点要选在不易堵塞的地方,当管道内有突出物时,取压口应选在突出物之前。
1.4 取压管不能凸出管道内壁,避免在被测介质流动时动压对静压测量产生影响。
1.5 在阀门附近取压时,若取压口选在阀门前,则与阀门的距离应大于2D（D为管道直径）,取压口若选在阀门后,则与阀门的距离应大于3D。
1.6 当测量含尘流体压力时,取压口应选择不易积尘、堵塞、而且便于冲洗导管的地方,必要时加装除尘器。
2 压力测量仪表的选择2.1 压力测量仪表的选用应根据生产过程对压力测量的要求、被测介质的性质、现场环境条件等来选择。
2.2 对压力测量仪表的型式、精度、测量范围等都必须从实际出发,本着节约原则,合理选用。
2.3 为保证弹性元件、传感器能在安全范围内可靠动作,一般在被测压力较稳定的情况下,最大压力值应不超过仪表量程的3/4。
2.4 在被测压力波动较大的情况下,最大压力值应不超过满量程的2/3。
2.5 为了保证测量精度,被测压力最小值应不低于满量程的1/3。
3 取压管路及附加装置3.1 取压管路3.1.1 仪表管材料应能抗侵蚀,一般采用钢管或铜管,其内径宜在8-12毫米之间。
3.1.2 管路总长度一般不超过50米和不少于3米.若被测介质温度接近100℃时,长度不应小于6米。
3.1.3 应根据所测介质压力,采用耐压强度足够的仪表管.一般汽水取样多用无缝钢管,测量风压等低微压介质时,可用优质瓦斯管。
导压管敷设完毕后,应作严密性试验或耐压试验.尤其是油、氢和高压汽水管路不应忽视。
3.1.4 仪表管的装设应保持垂直,或与水平面之间具有不小于1-10%的倾斜角度.整个仪表管应向同一方面倾斜,否则应视具体情况在表管最高处装设排汽门,或在最低处装设放水门。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
பைடு நூலகம்
二、薄壁锐缘小孔口自由出流
孔口出流的收缩断面：在距孔口内壁约d/2的c-c断面，此处孔口收缩完毕，流 线趋于平行，这个最小断面称～ ε孔口出流的收缩系数，其大 Ac 小表征了水流经孔口后的收缩 程度，数值可由实验确定。 A
v2 h 4.5 2g
v
2 gh 4.5
2 9.8 5 4.67m / s 4.5
9.16 103 m3 / s
Q
2 d 4 gh
36
2 0.054 9.8 5
36
列2、3断面的能量方程 设v2为l2中的流速， h2 0 0 因为d2=d1，所以v2=v
V2 2g
前进
V02 2g
V0≠0
V2 2g
前进
1
V0≠0
V2 2g
2
V下≈0
1
2
前进
1
V0≠0
V2 2g
2
V下≠0
1
2
返回
管道水力计算特例——虹吸管及水泵
安装高度
1 Zs Z
提水高度
吸水管 Zs
压水管
Z
1
安装高度
2
虹吸管是一种压力管，顶部弯
2
曲且其高程高于上游供水水面。其
顶部的真空值一般不大于 7~8m 水柱 高。虹吸管安装高度Zs越大，顶部真
2 gH
V
1 l d
2 gz
Q c A 2 gH
c
1 l 1 d
Q c A 2 gZ
c
1 l d
返回
短管水力计算的基本类型
当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求 确定管道通过的流量。 当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；
求C点真空度
列A-A断面至C-C断面能量方程： 0+0+0+H＝7.82+3+pC/γ+αV2/2g+hW1 （2） hW1＝λ•（L1/d）•（V2/2g）+0.8V2/2g＝1.28m 取α＝1.0，代入（2）式得： pC/γ＝-2.2m 故C点真空度pV/γ＝2.2m
例题：通过管长 l1=5m 、管径 d1 ＝ 50mm 管道连接水库和水箱。水 库和水箱水位差 h ＝ 5m ，水箱后又接一 d2=d1 的水平管道，且 l2=l1，管道沿程阻力系数λ=0.03，水流为恒定流（图5-4）。 求流量Q，并绘制全管道的测压管水头线（直接在图中绘出）。 又，如果 l2 管倾斜 30°，水库内水位不变，求管内流量 Q' 及 此时的两水位差h'。（14分）
v
1 1
2 gH 0 2 gH 0
孔口
b
Q vA A 2 gH 0 un A 2 gH 0
1 1 0.82 1 1 0.5
un 1.32u
说明在相同Ｈ和d情况下，管嘴的 过流能力是孔口的1.32倍。
un 0.82 1.0 0.82
pc
1、 0.64、 0.82 代入上式得
则其真空度为 0.75H 0
pv pa pc
pa
0.75H 0
圆柱形外管嘴正常工作，需满足两个条件： （１）作用水头Ｈ０≤９m
（2）管嘴长度l=(3~4)d
有压管道 无压管道
有压流 无压流
简单管道 复杂管道 长管 短管
证明:列c、b断面的能量方程
pc
v
2 c
2g
pa
v
2
2g
v 2 1 2 v2 hw (1 ) 2 g 或( 1) 2 g
2 c
因
A 1 vc v v Ac
hw h j 扩
v2 2g
代入上式得： pc pa v 2 v 2 v2 2 扩 2 g 2 g 2g 把 v 2 gH 0
水泵向单位重量液体所提 供的机械能，称为水泵的 扬程 H t Z hw吸水管 hw压水管 ， 通过水泵转轮转动的作用 在水泵进口端形成真空，使水
空值越大。
流在池面大气压作用下沿吸水
虹吸管的优点在于能跨越高地， 管上升，流经水泵时从水泵获 减少挖方。 得新的能量，从而输入压力管， 虹吸管长度一般不长，故按短 管计算。
令
H 0 ( H1
1 v12
2g
) (H 2
2 v2 2
2g
)
H0 H
2 0 v0
vc 2 H 0 (1 c ) 2g
2g
1 vc 2 gH 0 2 gH 0 1 c
Q vc Ac A 2 gH 0 uA 2 gH 0
例题：用水泵自水库 A 向水库 B 作恒定输水。水泵扬程 H ＝ 10m ， 管道直径d＝100mm，管长L＝100m，管壁谢才系数 C＝62.6m1/2/s， ξ进＝0.8，ξ出＝1.0，略去弯头损失；水库水位差为 7.82m， 管最高处中心点 C 与 B 水库水面高差为 3m ， C 点至水库 A 的管长为 60m。求管内流量Q及C点真空度。 解：求Q 取水库A水面为基准面，取水库水面A-A、B-B为计算断面，自 由液面点为计算点，列A-A至B-B能量方程如下：
1
解：列1、2断面的能量方程： h+0+0=0+0+hw 设在l1管道中的流速为v，则
2 l1 v hw 收 扩 d 2g
h
测
压 管
水
头 线
2
h2
l1,d1
l2,d2
测
压 管
水 头
线
3
Q
v
4Q d2
30° 3' Q'
2 2 2 l v 5 16 Q 36 Q hw 1 收 扩 0.03 0.5 1.0 2 4 2 4 0.05 d 2g d g d 2g
1 c c
孔口流出的水流流量
Q vc Ac A 2 gH 0 uA 2 gH 0
Ac A
收缩系数，由实验得dc=0.8d,故ε ＝0.64 孔口流量系数，u=0.64*(0.97~0.98)＝0.60~0.62
u
H0－孔口上游断面的总水头，称为孔口自由出流的作用水头。行近 流速一般都很小，若忽略行近流速水头，H0=H
（3）应注意管道进出口处的边界条件。
进口，起点为上游容器的总水头
出口，自由出流Hp交于出口断面的形心上 淹没出流Hp在下游断面的自由表面上 （4）测压管水头与相应断面的管轴位置高差即 为压强水头。所以Hp 高出管道轴线的区域为正 压区，低于则为负压区
测压管水头线的定性分析
1
H
V0≈0
p g
O 1
§6-２ 液体经管嘴的恒定出流
一、圆柱形外伸管嘴的恒定出流
列a-a,b-b断面的能量方程
v2 H 0 00 2g 2g 2g
令 H H v 0
2g
2 0 0
2 0 v0
v2
a H
a
并取a=1.0
b
v2 v2 v2 H0 (1 ) 2g 2g 2g
2 9.8 12.5 5.22m / s 9
Q
d2
4
v
0.052
4
5.22 1.02 102 m3 / s
2 5.222 l1 v h ' hw1 收 扩 4.5 6.26m 2 9.8 d 2g
0 0 0 H 7.82 0 0 hw
L V2 V2 hw (0.8 1.0) d 2g 2g
(1)
8 g 8 9.8 2 0.02 2 C 62.6 代入(1)式得:
V＝1.4m/s 故Q=3.14×0.12×1.4/4＝0.011m3/s＝11L/s
简单管道 串联管道 并联管道
水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在 总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道
局部损失在总损失中占有相当的比重，计算时不能忽略 的管道
自由出流 淹没出流
前进
§6-３短管出流
1 1
Z
2 O
自由出流
O 1
2 2
H
O
淹没出流
1
O
2
其中 V
1 l 1 d
一、孔口出流分类 （１）Ｄ／Ｈ0值大小
小孔口出流Ｄ／Ｈ0≤0.1，可认为 孔口断面上各作用水头相等 大孔口出流Ｄ／Ｈ0>0.1，断面上各 作用水头不等
（２）出流过程中，作用水头 随时间变化情况
恒定出流 非恒定出流
（３）按孔壁厚度及形状对出流影响
薄壁孔口出流 厚壁孔口出流
（４）孔口出流时，根据出流条件不同
二、圆柱形外管嘴的真空现象
a H
a b
孔口外面加管嘴后，增加了固 壁阻力，为什么过水能力反而 增加？ 因为管嘴出流存在着一个收缩 断面，其断面出现真空，在这 个真空作用下，使其流量增加
b
求证：在圆柱形管嘴收缩断面处的真空值是作用水头的0.75倍。 已知断面收缩ε=0.64，管嘴流量系数φ=0.82。
H 00
v2
2g
hw
2 2 v2 v2 l1 v l2 v hw 收 扩 收 4.5 3.5 8 2g 2g d 2g d 2g